Warum unterscheiden sich die PCI Express-Ports auf meinem Motherboard? x16, x8, x4 und x1 erläutert

Der PCI-Express-Standard ist eine der Grundvoraussetzungen des modernen Computerwesens. In fast jedem Desktop-Computer des letzten Jahrzehnts ist ein Steckplatz vorhanden. Die Art der Verbindung ist jedoch etwas nebulös: Auf einem neuen PC sehen Sie möglicherweise ein halbes Dutzend Ports in drei oder vier verschiedenen Größen, die alle mit „PCIE“ oder PCI-E bezeichnet werden. Warum also die Verwirrung und welche können Sie verwenden tatsächlich?

Informationen zum PCI Express-Bus

PCI Express hatte als Upgrade auf das ursprüngliche PCI-System (Peripheral Component Interconnect) einen großen Vorteil, als es Anfang der 2000er-Jahre entwickelt wurde: Es verwendete einen Punkt-zu-Punkt-Zugriffsbus anstelle eines seriellen Busses. Das bedeutet, dass jeder einzelne PCI-Port und seine installierten Karten seine maximale Geschwindigkeit voll ausnutzen können, ohne dass mehrere Karten oder Erweiterungen in einem einzigen Bus verstopft sind.

PCI Express ersetzte den älteren PCI-Steckplatzstandard. Dieses Motherboard unterstützt beide: PCIE x16 in blau, PCIE x1 in schwarz und PCI in beige.

Stellen Sie sich Ihren Laien vor, dass Ihr Desktop-PC ein Restaurant ist. Der alte PCI-Standard war wie ein Deli, jeder wartete in einer einzelnen Zeile auf Service, und die Servicegeschwindigkeit wurde von einer einzelnen Person am Schalter begrenzt. PCI-E ist mehr wie eine Bar. Jeder Kunde sitzt auf einem zugewiesenen Platz. Mehrere Barkeeper nehmen alle gleichzeitig auf. (Okay, es ist also nie möglich, sofort einen Barkeeper für jeden Kunden zu bekommen, aber lassen Sie uns so tun, als wäre dies eine großartige Bar.) Mit dedizierten Datenspuren für jede Erweiterungskarte oder jedes Peripheriegerät kann der gesamte Computer schneller auf Komponenten und Zubehör zugreifen.

Stellen Sie sich zur Erweiterung unserer Deli / Bar-Metapher vor, dass einige dieser Plätze mehrere Barkeeper haben, die nur für sie reserviert sind. Hier kommt die Idee mehrerer Bahnen ins Spiel.

Das Leben auf den schnellen Spuren

PCI-E wurde seit seiner Einführung mehrfach überarbeitet. Derzeit verwenden neue Motherboards im Allgemeinen Version 3 des Standards. Die schnellere Version 4 wird immer häufiger und Version 5 wird voraussichtlich im Jahr 2019 auf den Markt kommen. Die verschiedenen Revisionen verwenden jedoch alle die gleichen physischen Verbindungen. Diese Verbindungen können in vier Hauptgrößen vorliegen x1, x4, x8 und x16. (Es sind x32-Ports vorhanden, die jedoch extrem selten sind und von Consumer-Hardware im Allgemeinen nicht gesehen werden.)

Karten unterschiedlicher Größe unterstützen unterschiedliche maximale PCI-Express-Spuren.

Die unterschiedlichen physikalischen Größen ermöglichen eine unterschiedliche Anzahl von gleichzeitigen Daten-Pin-Verbindungen zum Motherboard: Je größer der Port, desto mehr maximale Verbindungen auf der Karte und dem Port. Diese Verbindungen werden umgangssprachlich als "Lanes" bezeichnet, wobei jede PCI-E-Lane aus zwei Signalisierungspaaren besteht, eines zum Senden von Daten und das andere zum Empfangen von Daten. Unterschiedliche Versionen des PCI-E-Standards ermöglichen unterschiedliche Geschwindigkeiten auf jeder Spur. Im Allgemeinen gilt: Je mehr Lanes sich auf einem einzigen PCI-E-Port und seiner angeschlossenen Karte befinden, desto schneller können Daten zwischen dem Peripheriegerät und dem Rest des Computersystems fließen.

Zurück zu unserer Bar-Metapher: Wenn Sie sich vorstellen, dass jeder Benutzer an der Bar als PCI-E-Gerät sitzt, wäre eine X1-Spur ein einzelner Barkeeper, der einen einzelnen Kunden bedient. Aber ein Kunde, der auf dem zugewiesenen "x4" Platz sitzt, hätte es getan vier Barkeeper holen ihm Getränke und Essen, und der "x8" -Sitz hätte acht Barkeeper nur für ihre Getränke, und der auf dem "x16" -Sitz hätte satte sechzehn Barkeeper für ihn. Und jetzt hören wir auf, über Bars und Barkeeper zu reden, weil unsere armen metaphorischen Trinker von Alkoholvergiftungen bedroht sind.

Welche Peripheriegeräte verwenden welche Ports?

Bei der allgemeinen Version 3.0 von PCI Express beträgt die maximale Datenübertragungsrate pro Spur acht Gigatransfers. Dieser Begriff bedeutet "alle Daten und den elektronischen Overhead auf einmal". In der realen Welt ist die Geschwindigkeit für die PCI-E-Version 3 die Geschwindigkeit etwas weniger als ein Gigabyte pro Sekunde pro Spur.

So kann ein Gerät, das einen PCI-E x1-Anschluss verwendet, wie eine Soundkarte mit niedrigem Stromverbrauch oder eine WLAN-Antenne, Daten mit etwa 1 GBit / s zum Rest des Computers übertragen. Eine Karte, die wie der USB 3.0-Erweiterungssteckplatz auf den physisch größeren x4- oder x8-Steckplatz stößt, kann Daten vier- oder achtmal schneller übertragen. Dies würde erforderlich sein, wenn mehr als zwei dieser USB-Ports maximal genutzt werden Übertragungsrate. Die PCI-E x16-Ports mit einem theoretischen Maximum von 15 GB / s bei der Version 3.0 werden für fast alle modernen Grafikkarten von NVIDIA und AMD verwendet.

Die meisten diskreten Grafikkarten verwenden einen vollen PCI-E x16-Steckplatz.

Es gibt keine festgelegten Richtlinien, für die Erweiterungskarten für eine bestimmte Anzahl von Spuren verwendet werden. Grafikkarten verwenden in der Regel x16, um maximale Datenübertragung zu gewährleisten. Natürlich benötigen Sie keine Netzwerkkarte, um einen x16-Port und sechzehn volle Lanes zu verwenden, wenn der Ethernet-Port nur Daten mit einem Gigabit pro Sekunde übertragen kann ( etwa ein Achtel des Durchsatzes einer PCI-E-Spur (acht Bits in einem Byte). Es gibt eine kleine Anzahl von PCI-E-basierten Solid-State-Laufwerken, die einen x4-Port bevorzugen. Diese scheinen jedoch vom neuen M.2-Standard, der auch den PCI-E-Bus verwenden kann, schnell überholt worden zu sein. High-End-Netzwerkkarten und Enthusiasten wie Adapter und RAID-Controller verwenden eine Mischung aus den Formaten X4 und X8.

Denken Sie daran: Die Größe des PCI-E-Ports und die Lanes sind möglicherweise nicht identisch

Hier ist einer der verwirrenderen Teile des PCI-E-Setups: Ein Port kann die Größe einer x16-Karte haben, hat aber nur genügend Datenspuren für etwas weniger schnelles wie x4. Dies ist darauf zurückzuführen, dass PCI-E zwar praktisch unbegrenzt viele Einzelverbindungen aufnehmen kann, der Durchsatz des Chipsatzes ist jedoch praktisch begrenzt. Billigere Motherboards mit eher budgetorientierten Chipsätzen können nur bis zu einem einzigen x8-Steckplatz reichen, selbst wenn dieser Steckplatz physisch eine x16-Karte aufnehmen kann. Mittlerweile werden "Gamer" -Motherboards bis zu vier vollständige PCI-E-Steckplätze (x16) und x16-Spur für maximale GPU-Kompatibilität enthalten. (Wir haben das hier ausführlicher besprochen.)

Dieses Motherboard für Enthusiasten verfügt über fünf PCI-E x16-Steckplätze voller Größe, aber nur zwei davon verfügen über die vollen 16 Datenkanäle - die anderen sind x8 und x4.

Dies kann natürlich zu Problemen führen. Wenn Ihr Motherboard über zwei x16-Steckplätze verfügt, einer jedoch nur über x4 Lanes verfügt, kann die Leistung Ihrer neuen Grafikkarte mit dem falschen Steckplatz um 75% beeinträchtigt werden. Das ist natürlich ein theoretisches Ergebnis: Die Architektur von Motherboards bedeutet, dass Sie keinen dramatischen Rückgang feststellen werden. Der Punkt ist, dass die richtige Karte in den richtigen Steckplatz eingesetzt werden muss.

Glücklicherweise wird die Fahrspurkapazität der spezifischen PCI-Steckplätze im Allgemeinen im Handbuch des Computers oder der Hauptplatine beschrieben. Darin ist dargestellt, welcher Steckplatz welche Kapazität hat. Wenn Sie nicht über ein Handbuch verfügen, wird die Anzahl der Spuren normalerweise auf der Platine des Motherboards neben dem Port angegeben:

Die Beschriftungen an diesen Ports zeigen die verfügbaren Spuren: Der x1-Port oben hat eine Spur, aber der x16-Port darunter hat trotz seiner physischen Größe nur vier. PCIEX1_2 bedeutet, dass es der zweite x1-Port des Motherboards ist.

Außerdem kann eine kürzere x1- oder x4-Karte physisch in einen längeren x8- oder x16-Steckplatz passen: Die anfängliche Pin-Konfiguration der elektrischen Kontakte macht sie kompatibel. Die Karte ist zwar physisch etwas locker, aber wenn sie in die Erweiterungssteckplätze eines PC-Gehäuses eingeschraubt wird, ist sie mehr als ausreichend stabil. Wenn die Kontakte einer Karte physisch größer als der Steckplatz sind, kann sie natürlich nicht eingefügt werden.

Denken Sie beim Kauf von Erweiterungs- oder Upgrade-Karten für PCI Express-Steckplätze daran, dass Sie sowohl die Größe als auch die Spurbewertung Ihrer verfügbaren Ports berücksichtigen müssen.

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